Титан, Тритон и Галилеевы спутники Юпитера

Размеры и массы шести больших спутников планет-гигантов сравнимы с рассмотренными планетами земной группы (табл. 26, с. 162). Кроме Ио, расположенного на самой близкой к Юпитеру орбите (400 тыс. км), на поверхности всех остальных больших спутников — Ганимеда, Каллисто, Европы, Титана и Тритона (рис. 19) — американским МПЗ «Вояджер» был обнаружен ледовый покров, химические спектры которого указывают на его водное происхождение [69]. При этом рельеф большинства спутников — плоский, и выше его поверхности не выступает никаких вулканических образований. Это значит, что мощность ледового покрова должна превышать амплитуду вулканического рельефа.

Тритон с близкого расстояния (снимок «Вояджера-2», 1989 г.). В верхней половине снимка видна обширная область ледяного покрова (Астронет

Рис. 19. Тритон с близкого расстояния (снимок «Вояджера-2», 1989 г.). В верхней половине снимка видна обширная область ледяного покрова (Астронет: [сайт]. URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1162875)

Другой интересной особенностью является обнаружение у четырех больших спутников достаточно мощной атмосферы —- от 260—500 км (см. табл. 26, с. 162). Тритон обладает мощной и плотной атмосферой. В ней обнаружены глубинные газы вулканического происхождения: СО, NH3, NH4, Н2О и др. Как и планеты земной группы, большие спутники планет-гигантов, несомненно, имели реликтовую мощную газовую атмосферу. Вулканический рельеф спутников и ледовый покров свидетельствуют о возникновении на некоторых из них (Ио) раннего вулканизма, вызванного обилием короткоживущих изотопов, поступивших в их поверхностную оболочку в финале аккреции после взрыва сверхновой. Отмечается, что поверхность спутников в разной степени кратирована. На Ганимеде (средняя плотность 1,94 г/см3) обнаружено мало кратеров. На поверхности Европы (плотность 3,04 г/см3) также не видно кратеров и рельеф плоский. Поверхность Каллисто (плотность 1,83 г/см3) сильно кратирована. На всех этих спутниках имеется ледовый покров.

Только на Ио (плотность 3,55 г/см3) нет льда. Он является единственным спутником, на котором обнаружена достаточно интенсивная современная вулканическая деятельность (8 действующих вулканов!). Этот факт, казалось бы, не вписывается в развиваемую здесь концепцию эволюции планетных тел, однако данная особенность Ио, являясь исключением из правила, на самом деле подтверждает изложенные здесь представления об источниках начального катархейского и последующего кайнозойского вулканизма. Ио расположен на орбите примерно так же близко к планете-гиганту, как Луна по отношению к Земле. Но в случае с Юпитером приливные силы, создаваемые его мощным гравитационным полем, проявляются во много раз интенсивнее в теле Ио, чем на Луне. Энергия приливной диссипации на Ио составляет порядка 1038 эрг. Кинетическая энергия смещения частиц вещества внутри спутника при этом переходит в тепловую и является источником вулканизма. Однако в результате обмена моментами количества движения уменьшение скорости вращения Ио относительно своей оси должно сопровождаться возрастанием его орбитального расстояния от планеты. За 4,5-109 лет спутник должен был бы удалиться на большое расстояние от Юпитера, и в этом случае вулканическая деятельность на нем прекратилась бы. Невозможно предположить, чтобы все это время на Ио продолжался вулканизм. Но можно допустить, что вследствие взаимного гравитационного влияния Ио с остальными Галилеевыми спутниками образуется резонанс, в результате которого орбита Ио будет изменяться по более сложному закону.

Наличие ледового покрова на крошечных спутниках, например Энцеладе (радиус равен 251 км), не может быть объяснено вулканическим его происхождением. Следовательно, можно допустить образование части ледовых покровов как больших, так и малых спутников конденсационным путем из остатков реликтовой газовой туманности.

Расчет параметров вулканизма, воды и скорости диссипации льда, приведенный в таблице 29, действителен только для спутника Юпитера Ио. Все остальные большие спутники планет-гигантов имеют аномально низкую среднюю плотность (мене 2 г/см3) (табл. 29). Центральная часть этих спутников сложена протовеществом, состоящим из железо-силикатных пород, имеющих среднюю плотность 3,66 г/см3 [69]. Эти своеобразные ядра конденсации в ходе дальнейшей аккреции пылегазового облака сконденсировали значительную часть частиц замерзшей воды, аммиака, метана и силикатной пыли. Для расчета мощности ледового покрова определим объем льда, полагая его среднюю плотность 1,0 г/см3 и деля сумму плотностей горных пород и льда (4,66 г/см3) на рассчитанную среднюю плотность каждого спутника. В результате оказалось, что объем льда у Европы должен составлять 15 % ее общего объема, что определяет мощность ледового покрова 51 км. Для остальных спутников (Ганимеда, Каллисто, Титана и Тритона) объем льда составляет 24—25 % от их общего объема, откуда мощность ледового покрова получается 90—118 км. (табл. 29). Расчетное время диссипации льда на орбите Юпитера, а также Урана и Нептуна составляет порядка 1О10 лет. За 4,5-109 лет расчетная диссипация льда равна примерно 12 км, что составляет от 5 до 10 % от установленной мощности ледовых покровов. Таким образом, все большие спутники планет-гигантов, кроме Ио, не имели условий для возникновения начального вулканизма из-за наличия у них мощного ледового покрова.

Таблица 29

Строение больших спутников планет-гигантов*

Спутник

Средняя плотность р (г/см3)

% льда от V спутника

V льда (км3)

Н льда (км)

Время диссипации льда (лет)

Ио

3,55

0,5

1,6-106

0,04

2,1-Ю6

Европа

3,04

15,0

2,1-109

51

2,7-Ю10

Г аиимед

1,94

24,0

10-Ю9

114

4,5-Ю10

Каллисто

1,83

25,0

6,5-109

90

3,6-1010

Титан

1,9 (?)

24,0

9,8-109

118

8,4-1О10

Тритон

1,8 (?)

25,0

4,5-109

90

* Lp = 3,66 + 1,0 = 4,66 г/см3; % НзО = 4,66 г/см3спт; Н льда = Ульда/8СПТ; t - Мльда/Р.

Завершая обзор планет, необходимо отметить, что все они имеют многочисленные свидетельства раннего вулканизма и образования первичного, преимущественно мелководного, океана. Все планеты, включая и планеты-гиганты, в финале своей аккреции захватили из небулярного облака мощную газовую атмосферу, которая первоначально защищала планеты земной группы от метеоритной бомбардировки. Довольно быстро эта защита была разрушена планетезималями на Меркурии и Луне. На Венере, Земле и Марсе этого не произошло.

Состояние планет-гигантов полностью соответствует их огромной массе. Вулканизм здесь инициируется не только долгоживущими изотопами, но в значительной мере и особыми термодинамическими условиями, обеспечивающими уже на глубине порядка 1200—1500 км высокие давление и температуру, достаточные для запуска термохимических реакций. Постоянный вулканизм на протяжении всего времени существования определяет состояние планет-гигантов. В связи с этим данные объекты занимают промежуточное положение между звездным и планетным состоянием протовещества. Иными словами, это еще не звезды, но уже и не планеты. Их особое состояние не подпадает ни под какие существующие классификации, и, по-видимому, следует придумать для них какое-то особое положение в космологической шкале масс. Особый интерес представляют большие спутники планет-гигантов, являющиеся специфическими образованиями, верхняя оболочка которых мощностью 50—120 км сложена преимущественно водным льдом с примесью силикатной пыли конденсационного происхождения. При этом отмечается увеличение мощности ледяных покровов спутников с ростом объема их железосиликатного ядра. Подобная закономерность отмечалась нами для планет земной группы, у которых с увеличением металлического ядра возрастал объем вышележащей оболочки.

Проведенные исследования свидетельствуют, что в эпоху начального вулканизма физические условия на поверхности Земли и планет земной группы во многом были одинаковые. При отсутствии солнечного света и тепла в подогретых вулканизмом морских бассейнах под прикрытием мощной реликтовой атмосферы, создававшей парниковый эффект на планетах, могла возникнуть и получить определенное развитие прокариотная биосфера, подобная земной. Этому способствовало длительное (почти 400 млн лет) существование обширных, хотя и мелководных океанических бассейнов. Лишь в конце катархея с выходом Солнца на звездную стадию развития (3500 К) эти первичные океаны быстро (в течение 15—20 млн лет) диссипировали, превратив большую часть поверхности планет в безводную пустыню на сотни миллионов лет вперед. В этих условиях прокариотная биосфера на планетах могла существовать лишь в подповерхностной области в приэкваториальных зонах, где еще могла сохраниться вода. Пережив столь экстремальные условия, часть биосферы могла адаптироваться к ним и превратиться в чрезвычайно агрессивную биомассу по отношению, например, к современной земной биосфере. Если эта инородная прокариотная биосфера, необычайно устойчивая ко всяким изменениям природной среды, будет случайно занесена на Землю космическими аппаратами, то может начаться ее бурное развитие, подобное обыкновенной одноклеточной инфузории, которая за трое суток может создать жи вую массу порядка 1023 г. В результате поверхность Земли может быть покрыта слоем микроорганизмов толщиной до 200 м и более. В катархее такие бурно развивающиеся массы прокариот, не имея конкурентов, создавали обширные ареалы жизни на площади в тысячи квадратных километров. Следы их деятельности остались в форме метаболитов — кварцитов, железистых руд, шунгитов, карбонатов и других образований, слагающих ныне крупнейшие месторождения железных руд, графитов, силикатов, диопсидов и т.д. Поэтому поиски внеземных биосфер должны сопровождаться чрезвычайными мерами предосторожности, исключающими всякую возможность занесения на Землю чужеродных ее биосфере организмов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >